350 MW燃煤機組空氣預熱器壓差大原因分析及對策

穆福藝， 趙 凱

(河北涿州京源熱電有限責任公司，河北涿州 072750)

冬季工況下，為了防止鍋爐空氣預熱器(簡稱空預器)冷端低溫腐蝕和堵灰現象，北方普遍采用暖風器系統提高空預器進口風溫，使排煙溫度保持在酸露點以上。暖風器系統通常采用輔汽聯箱供汽，疏水回收至爐側疏水箱或直接經疏水泵回收至凝汽器或除氧器。但在實際運行中，經常出現暖風器疏水不暢、極端天氣下暖風器出力不足等問題[1]。袁建飛[1]針對暖風器運行存在的堵灰、腐蝕問題，提出了暖風器完善優化應用的重點和技術措施。周超等[2]通過對暖風器、疏水器進行改造，并重新布置疏水系統、優化運行邏輯，提高了暖風器及疏水系統的可靠性和經濟性。王榮等[3]分析了設置循環風對回轉式空預器性能和堵灰的影響，以及冷端堵灰的原因，并提出了優化方案。蔡明坤[4]分析了設置循環風對回轉式空預器性能和堵灰的影響，并針對冷端堵灰提出了改進方案。

筆者對冬季供熱期某350 MW燃煤機組空預器煙氣側壓差大進行了分析，確認二次風暖風器出力不足導致空預器最低冷端綜合溫度低于設計值，存在低溫腐蝕和堵灰的風險。通過對暖風器系統的改造，進一步提高了空預器冷端溫度，減少了低溫腐蝕風險，并對暖風器改造后對機組經濟性的影響進行了分析。

1 設備概況

機組采用2臺容克式、立式、三分倉回轉式空預器，型號為29.5-VI(T)-2600-QMR，空預器相關參數見表1。空預器是利用鍋爐尾部煙氣熱量加熱空氣的熱交換設備，當轉子轉動時，煙氣和空氣交替流過換熱元件，換熱元件從熱煙氣中吸收熱量，提高空氣溫度。

表1 空預器相關參數

一、二次風均采用臥式 SD-XNFT-Ⅰ型暖風器系統，暖風器為手動可旋轉式暖風器。暖風器運行時將暖風器與風向垂直，加熱風溫；暖風器停用時將換熱面旋轉閥按其本體所示的箭頭方向旋轉 90°并鎖緊，使其與風向平行，以降低風阻。

2 存在的問題

目前，2號鍋爐空預器煙氣側壓差偏高，壓差在1.8～3.0 kPa，遠高于設計值(1.25 kPa)，也高于去年同期值(1.2～1.8 kPa)；1號鍋爐空預器煙氣側壓差在1.3～2.3 kPa，壓差比2號鍋爐空預器低。

圖1為2019年12月1日—2020年1月31日2號鍋爐空預器煙氣側壓差變化情況。

圖1 2019年12月1日-2020年1月31日2號鍋爐空預器煙氣測壓差變化情況

由圖1可以看出：2019年12月1日—2020年1月31日在同樣負荷下2號鍋爐空預器煙氣側壓差總體呈上漲趨勢。2020年1月2號鍋爐空預器煙氣側壓差最大值由2.7 kPa上升至3.0 kPa，1個月增長了0.3 kPa，到2020年3月空預器煙氣側壓差可能會進一步上升，最高可能會達到3.3 kPa，影響機組運行的安全性及經濟性。

3 原因分析

表2為2號鍋爐氨逃逸檢測數據，表3為氨灰檢測數據。由表2及表3可以看出：2號鍋爐氨逃逸體積分數基本維持在1.0×10-6以下，低于設計值(3.0×10-6)；氨灰的質量比基本維持在65 mg/kg以下，低于設計值(100 mg/kg)，在線表監測數據顯示正常。但不能完全排除氨氣噴入過量問題，因為左右側煙道各有一個氨逃逸測點，所測得的氨逃逸體積分數不能代表整個煙道的情況，由表3可以看出2號鍋爐空預器氨灰質量比有突增現象。

表2 2020-12-16 2號鍋爐氨逃逸檢測數據

表3 氨灰檢測數據 mg/kg

運行期間2臺鍋爐所燒煤種基本一致，不存在煤質原因導致1、2號鍋爐空預器煙氣側壓差偏差大的問題。

2號鍋爐空預器冷端吹灰壓力為1.20～1.26 MPa，熱端吹灰壓力為0.83～0.93 MPa，熱端吹灰壓力略高于設計吹灰壓力，符合設計要求。吹灰周期為8 h，不存在吹灰壓力不足或吹灰頻次過低導致空預器堵塞的問題。空預器吹灰前后壓差變化不明顯，沒有出現明顯降低。

根據煤的含硫量，得到空預器冷端平均壁溫運行曲線(見圖2)。大部分燃煤的含硫質量分數低于1.5%，根據冷端溫度導則可知，冷端平均壁溫大于68.3 ℃即可滿足運行要求。冬季空預器冷端平均壁溫最低為64.7 ℃，低于最低運行溫度(68.3 ℃)，存在低溫腐蝕的風險，這是造成空預器煙氣側壓差大的主要原因。

圖2 冷端平均壁溫運行曲線

2020年3月下旬對換熱元件進行整框架常規高壓水沖洗，表4為2臺鍋爐沖洗前后空預器煙氣側壓差變化情況。由表4可以看出：由于積灰嚴重，沖洗效果不明顯，沖洗后空預器煙氣側壓差并未下降。

表4 沖洗前后空預器煙氣側壓差變化情況

再次檢修時，將空預器換熱元件框架拆解后，發現沖洗前換熱元件堵灰嚴重(見圖3)。事實說明空預器煙氣側壓差大與低溫腐蝕和積灰相關，對換熱片逐片進行沖洗，徹底清除積灰，沖洗后壓差恢復正常。

圖3 空預器換熱元件逐片沖洗前后對比

由于空預器煙氣側壓差增大，導致整個風煙系統的管道阻力特性曲線發生變化，存在風機喘振風險。通過計算，引風機全壓在4 700～6 400 Pa，風體積流量在180～250 m3/s，根據引風機特性曲線可知，引風機處于安全運行范圍。送風機全壓在1 500～2 200 Pa，風體積流量在88～120 m3/s，根據送風機特性曲線可知，送風機處于安全運行范圍。

4 改造方案

在2臺送風機出口風道各加裝1臺暖風器，汽源引自輔汽聯箱至原暖風器加熱蒸汽母管，對送風機出口冷二次風預加熱后送至原暖風器進口，進一步提高暖風器出口風溫。加裝的二次風暖風器系統圖見圖4。

圖4 新加二次風暖風器系統圖

5 實施效果

5.1 對空預器低溫腐蝕的影響

表5為改造前后運行參數對比。由表5可以看出：在相同負荷下，改造后空預器進口溫度提升明顯。

表5 改造前后運行參數對比

新加二次風暖風器投運后，空預器煙氣側壓差較上一年同期有較大改善(見圖5)。2020年12月1日—2021年1月4日，1號鍋爐空預器煙氣側平均壓差為1.539 kPa, 2號鍋爐空預器煙氣側平均壓差為1.552 kPa，較上一年同期有了顯著降低，未出現空預器煙氣側壓差大幅升高的現象。

圖5 改造后空預器煙氣側壓差變化情況

冷端平均壁溫=(空預器進口平均風溫+未修正的空預器出口排煙溫度)/2，可算出2020年12月1日—2021年1月4日冷端平均壁溫，即1號鍋爐空預器78.591 ℃，2號鍋爐空預器74.516 ℃，相比于2019年12月1日—2020年1月4日冷端平均壁溫(1號鍋爐空預器76.903 ℃，2號鍋爐空預器71.23 ℃)有較大提升，低溫腐蝕的風險降低。

5.2 對機組經濟性的影響

5.2.1 對風機出力的影響

新加二次風暖風器投運后，空預器煙氣側壓差降低，煙氣沿程阻力降低，理論可降低單臺風機功率N[5]為：

式中：qV為體積流量, m3/h，ρ為介質密度, kg/m3，qm為質量流量, kg/h；p為風機全壓, Pa；η0為風機內效率，一般取 0.75～0.85，此處取 0.8；η1為機械效率，一般取 0.95～0.98，此處取 0.96。

投入新暖風器后2臺空預器煙氣側的平均壓差減少0.301 kPa，理論上可降低單臺引風機功率87.87 kW。

冬季新加暖風器運行4 個月(共計約2 900 h)，2 臺引風機預計節電約50.96萬kW·h，節約成本約15.288萬元。

5.2.2 對鍋爐效率的影響

新加二次風暖風器對鍋爐熱效率產生了兩方面的影響：一方面，二次風溫度升高，引起鍋爐熱效率提高；另一方面，鍋爐排煙溫度升高，引起鍋爐熱效率降低[6-8]。

鍋爐排煙溫度升高而引起鍋爐效率的變化量Δη1為：

式中：ty為空預器進口煙氣溫度，℃；tk為不投暖風器時空預器進口風溫，℃；tpy為暖風器投入前的鍋爐排煙溫度，℃；Δtk為暖風器投入前后空預器進風的溫升，K[9-11]；k為排煙溫度每變化1 K的熱損失修正系數，取經驗值0.54×10-3。

新加二次風暖風器投運后，鍋爐熱效率變化量Δηg[12]為：

Δηg=Δη1+Δη2

(3)

式中：Δη2為鍋爐輸入熱量增加而引起鍋爐效率的變化量，%。

實際運行參數見表6。

表6 實際運行參數

將表6中參數代入式(2)可得Δη1=0.112%。

鍋爐輸入熱量增加而引起鍋爐效率的變化量Δη2為：

式中：ηg為暖風器未運行時鍋爐的效率，%，熱耗率驗收(THA)工況下ηg=94.09%；qt為暖風器吸熱量與單位燃料熱量的比值，%，α為空預器進口處過剩空氣系數，空預器進口氧氣體積分數為3.1%，經計算空預器進口處過剩空氣系數為1.17，War為燃料收到基水分質量分數，%，Qnet,ar為收到基低位發熱量，MJ/kg。設計煤種參數見表7。

表7 設計煤種參數

通過以上分析得出鍋爐暖風器的運行使鍋爐效率下降，導致發電煤耗增加0.337 5 g/(kW·h)，年增加燃料費用約13.66萬元(冬季供電量為57 794萬kW·h，標煤價為700元/t)。另外，應考慮煙氣沿程阻力的減小對風機出力的影響，2臺引風機節約成本約15.288萬元；由于空預器換熱元件阻力的減小使送風機及一次風機的經濟性提高，進一步彌補了新加暖風器降低鍋爐效率帶來的成本消耗。

6 結語

冬季空預器冷端平均壁溫最低64.7 ℃，低于最低運行溫度(68.3 ℃)，存在低溫腐蝕，這是造成空預器煙氣側壓差大的原因之一；可以通過新加暖風器提高空預器冷端溫度，從而減少低溫腐蝕，減小空預器煙氣側壓差。

新加二次風暖風器后鍋爐效率下降，但煙氣沿程阻力減小使風機出力減小，降低了廠用電率。

建議在機組檢修時，對空預器進行徹底清洗，并且必須符合清洗標準。

保證冷端平均壁溫達到設計要求，冬季根據環境溫度和所燒煤種及時投運暖風器，避免低溫腐蝕，根據情況可適當提高輔汽聯箱壓力，保證暖風器投運效果。同時注意排煙溫度不能過高，防止排煙熱損失增大。